CN116654054A - 一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制系统及方法 - Google Patents

一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116654054A
CN116654054A CN202310399822.0A CN202310399822A CN116654054A CN 116654054 A CN116654054 A CN 116654054A CN 202310399822 A CN202310399822 A CN 202310399822A CN 116654054 A CN116654054 A CN 116654054A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vehicle
train
state
formation
speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310399822.0A
Other languages
English (en)
Inventor
黄德青
贾钰奇
李雪芳
秦娜
董海荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Jiaotong University
Original Assignee
Southwest Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Jiaotong University filed Critical Southwest Jiaotong University
Priority to CN202310399822.0A priority Critical patent/CN116654054A/zh
Publication of CN116654054A publication Critical patent/CN116654054A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/08—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for controlling traffic in one direction only
    • B61L23/14—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for controlling traffic in one direction only automatically operated
    • B61L23/18—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for controlling traffic in one direction only automatically operated specially adapted for changing lengths of track sections in dependence upon speed and traffic density
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61B—RAILWAY SYSTEMS; EQUIPMENT THEREFOR NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61B1/00—General arrangement of stations, platforms, or sidings; Railway networks; Rail vehicle marshalling systems
    • B61B1/005—Rail vehicle marshalling systems; Rail freight terminals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/10—Operations, e.g. scheduling or time tables
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制系统及方法，控制方法，包括以下步骤：以两列车为例，第一列车为前车，第二列车为后车；多列车控制方法与两列车相同；根据列车运行情况、通信状态，所处位置进行状态切换；状态包括编队运行状态、独立运行状态、意外解编状态和完全解编状态；本发明考虑列车从发车到编组再到停车的全过程，考虑列车在车站、区间运行及制动的情况，全面详细的覆盖可能会遇到的跟踪情况，保证列车的运行安全，提高运输效率；不需要增加过多的设备，只需要增加车车通信，极大程度的提高了设备兼容性，减少了时间和经济成本的消耗。

Description

一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制系统及方法
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制系统及方法。
背景技术
随着中国人口数量的增加以及人们对于美好生活的追求，高铁出行和货运的需求量逐年上涨，然而目前铁路当中的闭塞方式还是以固定闭塞和准移动闭塞为主，这虽然在极大程度上保证了列车的运行安全，却牺牲了一部分的铁路运力。而采用移动闭塞会随着列车运行速度的加快导致两车跟踪距离过长，不利于铁路运力的提升。建造新的线路也因为土地资源和资金的限制难以实现，于是引入了一种新的列车控制方式，虚拟编组。虚拟编组，顾名思义就是多列车通过虚拟的“车钩”进行编组，形成一个长的，车车间隔较小的车队的列车跟踪控制方式。而虚拟的车钩也就是指两车之间相对固定的安全距离。在该跟踪方式下，后车不仅关注于前车的尾部位置，还需根据前车的运行速度来确定跟踪距离。此时两车间的距离由移动闭塞下的绝对制动距离变成了相对制动距离，大大缩短了车车间距，也因此提高了铁路的运力。并且，由于摆脱了物理上的车钩联挂的约束，也使得多个列车可以更灵活的编队、解编，从而更好的适应不同的客流和线路情况，避免了列车资源的浪费。
通过虚拟编组可以使两车跟踪间距更短，也可以使多车灵活编队和解编，这也因此涉及到了相应的安全跟踪控制问题，以及所需要关注的虚拟编组列车的运行状态切换问题。一般来说，一列列车在编组的时候会面临多种状态，大致可分为独立运行状态、编队运行状态、意外解编状态和完全解编状态。然而目前对于这些状态何时切换，如何沟通切换，如何安全控制，以及从列车独立运行到准备编队，到编队完成，到解编，再到编队停车这一系列列车可能会在虚拟编组运行中遇到的运行状态的切换和跟踪过程的控制问题都没有一个详细和完整的研究。尤其是虚拟编组列车的安全停车问题，一直是备受关注的研究方向，有关可变跟踪距离的研究也是经常被忽视的点。与此同时，由于目前铁路大多采用CTCS-2及CTCS-3级列控系统控制列车运行，如何在保证系统兼容性的前提下，经过一定程度的控制策略改进，以及通讯设备的升级，在提高铁路运力的同时保证列车运行安全成了一个亟需解决的问题。
目前已有对车车通信的技术及实现方法进行的研究，这也为列车虚拟编组的实现提供了可能以及足够的安全性保障。现有研究大多考虑使用IEEE 802.11p也就是WAVE(Wireless Access in the Vehicular Environment)技术帮助实现车车通信，通信过程中两车间主要传递位置、速度、加速度等信息。一般情况下，在虚拟编组中的列车可以互相获取邻车的相关信息，后车也因此可以通过得到的前车信息进行速度和加速度的调节，从而更好地跟踪前车。
CTCS-3级列控系统在保证列车运行安全方面的主要过程为：车载设备得到列车位置、前方设备状态、列车完整性和轨道电路占用情况等信息，分别通过GSM-R无线通信网络传递给无线闭塞中心RBC和车站联锁系统CBI，车站联锁系统根据得到的信息建立安全进路，为RBC提供信号授权，同时行调中心CTC将临时限速信息和调度命令等一并传递给RBC，之后RBC综合以上多个信息生成行车许可MA，并将线路参数、临时限速等信息传递给车载设备，车载设备再根据所得信息生成速度-距离模式曲线，由列车自动运行系统ATO控制列车安全运行。对于CTCS-4级列控系统，由于其取消了轨道电路，这势必会引发基础设备的大规模升级，时间及经济成本巨大。另外，由于CTCS-3和CTCS-2等级都需要轨道电路的支持，故不利于在不同列控等级下运行的列车进行等级切换，所以本发明依旧以CTCS-3级列控系统作为设计基础，极大程度地兼顾了设备兼容性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题提供一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制系统及方法。
本发明采用的技术方案是：
一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制方法，包括以下步骤：
以两列车为例，第一列车为前车，第二列车为后车；多列车控制方法与两列车相同；
根据列车运行情况、通信状态，所处位置进行状态切换；状态包括编队运行状态、独立运行状态、意外解编状态和完全解编状态；
若两列车过站或在车站停靠，若两列车运行方向相同，通信正常；则首先出站的列车为前车，前车通过道岔后；控制后车通过道岔，同时向前车发送编队运行申请；前车接收信号后确定是否要跟后车编组；若是则后车调整速度和与前车耦合距离进入编队运行状态，否则分别进入独立运行状态；
两列车在区间运行状态下，若还未编组成功或处于独立运行状态，通信正常，前方一段距离内无道岔则后车向前车发送编队运行申请；前车接收信号后确定是否要跟后车编组；若是则后车调整速度和与前车耦合距离进入编队运行状态，否则分别进入独立运行状态；
若列车在编队运行状态下，若前方一段距离内有道岔且两车运行方向不同、通信异常、列车在极端天气下运行，则控制后车速度和与前车耦合距离进入完全解编状态；若前车和后车之间的耦合距离及速度不满足设定要求，则切换至意外解编状态；
意外解编状态下的列车，若满足编队运行条件，则后车调整速度和与前车耦合距离重新恢复编队运行状态；若不满足编队运行条件则切换至完全解编状态或独立运行状态；
完全解编状态下的列车，若满足编队运行条件，则后车调整速度和与前车距离重新恢复编队运行状态；若不满足编队运行条件则切换至独立运行状态；
若两列车到站停车或直接制动，若编队运行列车到站停车，后车调整速度，前后车依次到达停车点停车；若编队运行状态列车在运行区段内停车，则通过车车通信，后车保持与前车相同的运行状态；若编队运行状态时，前车出现意外，则向后车发送信号同时紧急制动。
进一步的，所述编队运行状态满足以下条件：
|pA-pB-Sm|≤thS
|vA-vB|≤thv
式中：pA、pB分别为前车和后车的位置，Sm为安全裕度，vA和vB分别为前车和后车的速度，thS和thv分别为所允许的位移差的最大余量和所允许的速度差的最大余量；
编队运行条件为两列车运行方向相同、通信正常，前后车同意编组且前方路线在一段距离内无道岔，两车速度和耦合距离满足编队运行状态条件；耦合距离如下：
Cd＝pA-pB-Sm
式中：Cd为耦合距离，pA、pB分别为前车和后车的位置，Sm为安全裕度。
进一步的，所述编队运行状态下，t＝tv跟踪距离I(tv)计算方法如下：
式中：mB为后车质量，FB为后车在该时刻所受到的牵引力，fB为后车所受到的阻力，βB为后车的制动率，Cd(tv)为t＝tv时两车的耦合距离，Sm为安全裕度，v′B为后车加速后速度。
进一步的，所述后车调整速度和与前车耦合距离进入编队运行状态过程如下：
若前车速度大于后车速度，即vA>vB且Cd>0；则后车接收到编队指令，通过车车通信获取前车的速度及位置信息；控制后车加速至vB′>vA的速度，缩小与前车的距离至预设值；然后减速至满足编队运行状态的条件，切换至编队运行状态；
若前车速度等于后车速度但两车间距过大，即vA＝vB，Cd>0；后车接收到编队指令，通过车车通信获取前车的速度及位置信息；控制后车加速至vB′>vA的速度，缩小与前车的距离至预设值；然后减速至满足编队运行状态的条件，切换至编队运行状态；
若前车速度小于后车速度，即vA<vB且Cd>0；则若两车间距大于预设值，则后车加速缩短与前车间距至预设值，然后减速直至满足编队运行状态的条件；若后车车速大于预设值，则直接减速至满足编队运行状态的条件；满足编队运行状态的条件后，切换至编队运行状态。
进一步的，所述不满足编队运行条件包括以下情况：
列车前方无需要编组的列车、与前方列车运行方向不一致、前方列车处于通信中断状态。
进一步的，控制过程中，保持耦合距离Cd＞0，若Cd＜0，则前车与后车接收安全警报，控制前车加速或后车减速，拉大两列车之间的距离。
一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制方法的控制系统，包括状态控制单元、地面设备、列车运行控制单元、通信系统、调度中心；
状态控制单元，用于确定列车与前车之间的状态情况；
列车运行控制单元，用于确定后车与前车之间的耦合距离，后车与前车的速度；根据控制策略对列车的运行进行控制；
通信系统，用于控制车车通信和车地之间的通信；
调度中心，用于进行计划制定、命令下达和监控；
地面设备，用于与调度中心连接，将命令下发至列车。
本发明的有益效果是：
(1)本发明考虑列车从发车到编组再到停车的全过程，考虑列车在车站、区间运行及制动的情况，全面详细的覆盖可能会遇到的跟踪情况，保证列车的运行安全，提高运输效率；
(2)本发明控制系统在现有的控制系统基础上，只需要增加车车通信，极大程度的提高了设备兼容性，减少了时间和经济成本的消耗；
(3)本发明通过车车通信，可以获取相邻列车的完整性报告、控制命令、反馈以及故障报警等信息，根据列车当前的运行状态及系统行调指令进一步得到控车命令和速度-距离模式曲线，由列车自动运行系统控制列车运行；
(4)本发明虚拟编组车队车车间距更小，对于跟踪距离的准确性有更高的要求，所以列车车载设备应根据从车车通信及无线闭塞中心、地面设备处获得的信息快速响应跟踪速度的调整策略；若后车越过安全边界，则发出警报，告知前车加速或控制后车减速。
附图说明
图1为本发明控制系统结构图。
图2为本发明虚拟编组状态切换流程图。
图3为本发明列车发车或过站场景示意图。
图4为本发明列车切换到编队运行状态过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图2所示，一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制方法，包括以下步骤：
以两列车为例，第一列车为前车，第二列车为后车；多列车控制方法与两列车相同；
根据列车运行情况、通信状态，所处位置进行状态切换；状态包括编队运行状态、独立运行状态、意外解编状态和完全解编状态；
初始状态下，多列列车过站或在车站停靠；一列列车占用一条股道，如图3所示。在该状态下包括3个场景，分别为两车在不同股道过站并驶入同一线路；一车过站，一车在车站准备发车；两车均在车站停靠。
首先判断是否有多车在同一时段从车站出发，若有，并且两车的运行方向相同，且通信设备可以正常工作，则首先出站的列车作为前车通过道岔驶入轨道区段，待前车完全通过道岔后，控制道岔转换到后车所在股道的方位，道岔转换并锁闭完成后，后车车载设备接收到道岔锁闭完成信号，控制后车运行并通过道岔，同时向前车发送编队运行申请，前车接收到信号后确定是否要跟后车编组，若是，则后车调整速度与前车进行编组，进入编队运行状态(条件一)；若否，前后车分别进入独立运行状态(条件二)。
若仅有一列列车在该时段出发，则准备发车或过站的列车运行通过道岔进入轨道区段，若此时该列车前方无需要编组的列车或前方列车处于通信中断状态，则进入独立运行状态。
如果列车在区间运行但前方区段无运行方向相同的列车或前方列车处于通信中断状态或相邻的前车拒绝编队运行申请，则列车也会处于独立运行状态。
即使两车在同一时段发车，也有可能不能直接进入编队运行状态，因为列车间距可能过大，且两车速度可能不一致，故需要通过前后车速度的调整使两车可以编队运行，控制过程如区间运行状态下方法。
两列车在区间运行状态下，若还未编组成功或处于独立运行状态，若遇到前方具有相同运行方向的列车且该列车通信设备正常，前方路线在较长距离范围内无道岔时，则向前方列车发送编队运行申请，待前方列车确认该申请并同意进行编队操作时，后车将追踪目标点调整为前车的尾部位置并调整速度以使两车达到编队运行状态(如条件四)。在编队过程中，两车间距通常大于最小间距也就是安全裕度Sm的长度，作为对相对制动距离(后车调整至与前车速度相同时所走的距离)的拓展概念，定义大于安全裕度的距离称为耦合距离Cd，Cd＝pA-pB-Sm，且两车速度可能会遇到三种情况，分别是：vA>vB、vA＝vB、vA<vB。
详细过程如下：
(1)若前车速度大于后车速度，即vA>vB且Cd>0；则后车接收到编队指令，通过车车通信获取前车的速度及位置信息；控制后车加速至vB′>vA的速度，缩小与前车的距离至预设值；然后减速至满足编队运行状态的条件，切换至编队运行状态；其中vB′为设定的速度，满足区段限速要求。
在列车跟踪调整过程中，根据相对制动距离的定义可知，由于前后车的速度是时变的，耦合距离也是时变的。在给定时刻tv，耦合距离可以采用以下计算方法：
式中：mB为后车质量，FB为后车在该时刻所受到的牵引力，βB<0为后车在该时刻的制动率，fB为后车所受到的阻力，包括基本阻力fb(vB)和附加阻力fa(vB,pB,t)。
(2)若前车速度等于后车速度但两车间距过大，即vA＝vB，Cd>0；后车接收到编队指令，通过车车通信获取前车的速度及位置信息；控制后车加速至vB′>vA的速度，缩小与前车的距离至预设值；然后减速至满足编队运行状态的条件，切换至编队运行状态；耦合距离计算方法如上。
(3)若前车速度小于后车速度，即vA<vB且Cd>0；根据两车的间距和速度差来判断后车的控制策略。则若两车间距大于预设值，则后车加速缩短与前车间距至预设值，然后减速直至满足编队运行状态的条件；若后车车速大于预设值，则直接减速至满足编队运行状态的条件；满足编队运行状态的条件后，切换至编队运行状态。后车直接减速时的耦合距离Cd计算方法如下：
可以得到，列车在t＝tv时，跟踪距离计算模型如下：
在虚拟编组下运行的列车跟踪间距不仅取决于前后车的速度，还取决于后车的制动率βB、后车所受到的阻力fB、后车所受到的牵引力FB等外力，并会随着上述变量的变化而变化。利用该跟踪距离计算模型，当前列车只需知道自身运行属性及前车运行速度即可，不必知道相邻列车的位置信息，是定位失灵时的一个应急措施。
编队运行状态满足以下条件：
|pA-pB-Sm|≤thS
vA-vB≤thv
式中：pA、pB分别为前车和后车的位置，Sm为安全裕度，vA和vB分别为前车和后车的速度，thS和thv分别为所允许的位移差的最大余量和所允许的速度差的最大余量；
编队运行条件为两列车运行方向相同、通信正常，前后车同意编组且前方路线在一段距离内无道岔，两车速度和耦合距离满足编队运行状态条件；
若列车在编队运行状态下，若前方一段距离内有道岔且两车运行方向不同、通信异常、列车在极端天气下运行，则控制后车速度和与前车耦合距离进入完全解编状态(条件六)；若前车和后车之间的耦合距离及速度不满足设定要求，则切换至意外解编状态(条件五)。
具体控制过程如下：
(1)若两车过站不停且运行方向一致时，对于处在编队运行状态下的列车，道岔连续锁闭，以保证编队列车连续通过相同道岔，减少道岔控制中信息传递和开启权限的时间，进一步提高运行效率。
(2)若遇到前后两车制动性能不同，前车加速度大于后车加速度或前车下坡，后车上坡等情况导致pA-pB-Sm>thS或vA-vB>thv时，列车切换至意外解编状态。
(3)若出现：两车前方区段有道岔且因为各种原因导致两车运行方向不同；前后两车出现通信中断情况；列车在极端天气(如大雪、冰雹)下运行，这三种情况的任意一种，后车车载设备应立即获取到解编指令并控制后车减速，拉大与前车的距离，同时切换至完全解编状态。
在通过道岔前，必须延长列车之间的安全距离，以便让道岔在允许另一列列车通过之前切换回正确的位置，此时列车过岔前的跟踪距离应为绝对制动距离加上道岔转换时后车的运行距离加上安全裕度。之所以要在道岔前使前后两车的距离增至绝对制动距离是为了使后车在遇到道岔转换故障时能安全制动，而为了避免后车在道岔完全锁闭前就通过，故需再考虑道岔从转换到锁闭的过程中后车所运行的距离。
意外解编状态下的列车，若满足编队运行条件，则后车调整速度和与前车耦合距离重新恢复编队运行状态(条件七)；若不满足编队运行条件则切换至完全解编状态或独立运行状态(条件三)。
处于意外解编状态下的列车由于与前车的速度和位移差在可调整范围内，故如果编队运行条件皆满足且前后两车仍有编队运行的指令，则可控制后车调整其速度至pA-pB-Sm≤thS，vA-vB≤thv，从而重新恢复至编队运行状态。
意外解编状态下的列车速度仍然会面临vA>vB、vA＝vB、vA<vB三种情况，但耦合距离Cd则会面临大于0和小于0两种情况，相应的控制过程可描述为：
耦合距离大于0则控制过程如上述加入编组运行状态的控制过程。若耦合距离小于0，即后车越过了由安全裕度所限制的安全边界。此时前车与后车接收到安全警报并且立即控制前车加速或后车减速，拉大两车间的距离。
保证列车安全的前提是后车速度和加速度与前车保持一致，两车间距不越过安全边界，也就是耦合距离Cd不能小于0。但是由于列车在运行过程中受环境和列车制动性能的影响，耦合距离小于0的情况仍不能避免，所以在设计安全裕度的时候把各种安全隐患导致的距离影响考虑了进去，所得到的安全裕度包括：列车定位错误所附加的距离、列车通信延迟和控制延迟所带来的后车额外运行距离、列车从准备制动到开始制动这段时间内走过的距离以及由于外部扰动、钢轨不平滑等外部因素导致的前后车制动性能不一致而产生的安全预留距离之和。若编队运行条件不满足，即前方区段有道岔且两车运行方向不同或前后车通信中断或相邻前车拒绝编队申请，则列车由意外解编状态切换至完全解编状态。
完全解编状态下的列车，若满足编队运行条件，则后车调整速度和与前车距离重新恢复编队运行状态(条件四)；若不满足编队运行条件则切换至独立运行状态(条件三)。
若列车前方无需要编组的列车或与前方列车运行方向不一致或前方列车处于通信中断状态时，列车切换至独立运行状态，由CTCS-3级列控系统控制列车运行。若前车解编后，其前方列车的通信状态良好且与该车运行方向相同并接受了该车的编队运行申请，前方路线在较长距离范围内无道岔，则通过速度和距离的调整控制前车与前方列车转入编队运行状态，控制过程如上述过程。
若两列车到站停车或直接制动，若编队运行列车到站停车，后车调整速度，前后车依次到达停车点停车；若编队运行状态列车在运行区段内停车，则通过车车通信，后车保持与前车相同的运行状态；若编队运行状态时，前车出现意外，则向后车发送信号同时紧急制动。
最终状态下，主要考虑多列处于编队运行状态的列车到站停车或直接制动的情况。对于独立运行状态下的列车，通过CTCS-3级列控系统控制列车停车，而处于意外解编和完全解编状态的列车，当两车间的耦合距离大于0时，此时两车跟踪间距大于编队运行状态下的列车跟踪间距，故可参考列车在编队运行状态下的停车控制方法来保证停车安全。当两车间的耦合距离小于0时，先控制列车进入编队运行状态，再控制列车停车。
控制过程如下：
(1)若编队运行的列车依次通过道岔且在不同股道停车，则控制过程类似列车在道岔前完全解编的过程，后车首先减速，将两车间距拉大至绝对制动距离与道岔由转换到锁闭过程中后车所行驶的距离与安全裕度之和后，前后车依次到达所在停车点停车。
(2)若编队运行的列车在区段内直接停车，后车应把前车以最大制动力停车过程中的每一个状态都作为防护目标，通过及时的车车通信，使后车几乎与前车同时加速、减速和制动，从而保证列车在该情况下的停车安全。
(3)若在两车编队运行时，前车出现列车完整性丢失故障或线路前方出现障碍物，此时后车通过车车通信及车地通信收到前方列车的故障信息或前方线路的障碍物信息，触发紧急制动操作。
(4)若在两车编队运行时，前车撞到前方障碍物，也就是前车出现急停的情况，应通过加强安全监控系统的监控力度和灵敏性，以避免相关事故的发生，保证虚拟编组列车的运行安全。
一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制方法的控制系统，包括状态控制单元、地面设备、列车运行控制单元、通信系统、调度中心；
状态控制单元，用于确定列车与前车之间的状态情况；
列车运行控制单元，用于确定后车与前车之间的耦合距离，后车与前车的速度；根据控制策略对列车的运行进行控制；
通信系统，用于控制车车通信和车地之间的通信；
调度中心，用于进行计划制定、命令下达和监控；
地面设备，用于与调度中心连接，将命令下发至列车。
图2中所示条件详述如下：
条件一：两车在同一时段从车站出发且运行方向相同、通信设备可以正常工作，前后车同意编组，pA-pB-Sm≤thS，vA-vB≤thv。
条件二：该时段只有一列列车发车且前方区段无运行方向相同的列车或前方列车处于通信中断状态或相邻的前车拒绝编队运行申请。
条件三：在区间运行的列车的前方区段无运行方向相同的列车或前方列车处于通信中断状态或相邻的前车拒绝编队运行申请。
条件四：两车运行方向相同、通信设备可以正常工作，前后车同意编组且前方路线在较长距离范围内无道岔，pA-pB-Sm≤thS，vA-vB≤thv。
条件五：pA-pB-Sm>thS或vA-vB>thv。
条件六：两车前方区段有道岔且因为各种原因导致两车运行方向不同或前后两车出现通信中断情况或列车在极端天气(如大雪、冰雹)下运行。
条件七：编队运行条件皆满足且前后两车仍有编队运行的指令，pA-pB-Sm≤thS，vA-vB≤thv。
条件八：虚拟耦合车队或车队中列车在前方到站停车或发生列车完整性丢失故障或线路前方出现障碍物。
本发明在CTCS-3级列控系统的基础上考虑车车通信以实现虚拟编组的列车控制系统，可以看到改进的列控系统在设备方面只添加了车车通信，极大程度地提高了设备兼容性，减少了时间和经济成本的消耗。与CTCS-3级列控系统不同的是，在增加了车车通信后，列车上的车载安全计算机不仅可以获取无线闭塞中心以及地面设备的信息，还能获取到相邻列车的相关信息，这其中包含了速度信息，从而可以使列车及时调整自身速度及跟踪策略来更安全有效的进行跟踪运行，缩短跟踪间距。通过车车通信，列车还可以获取相邻列车的完整性报告、控制命令和反馈以及故障报警等信息，同时，根据列车当前的运行状态及系统行调指令进一步得到控车命令和速度-距离模式曲线，由列车自动运行系统ATO控制列车运行，从而达到状态转换的目的，也就是控制列车解编或重组等。另外，由于虚拟编组车队车车间距更小，对于跟踪距离的准确性有更高的要求，故列车车载设备应根据从车车通信及无线闭塞中心、地面设备处获得的信息快速响应跟踪速度的调整策略，若后车越过安全边界，则发出警报，告知前车加速或控制后车减速。行车许可所提供的列车能运行到的安全位置也不再是前方列车所在闭塞分区的入口处，而是一些潜在危险点，包括未完全锁闭的道岔位置以及与后车建立车车通信的前车的尾部位置等。

Claims (7)

1.一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
以两列车为例，第一列车为前车，第二列车为后车；多列车控制方法与两列车相同；
根据列车运行情况、通信状态，所处位置进行状态切换；状态包括编队运行状态、独立运行状态、意外解编状态和完全解编状态；
若两列车过站或在车站停靠，若两列车运行方向相同，通信正常；则首先出站的列车为前车，前车通过道岔后；控制后车通过道岔，同时向前车发送编队运行申请；前车接收信号后确定是否要跟后车编组；若是则后车调整速度和与前车耦合距离进入编队运行状态，否则分别进入独立运行状态；
两列车在区间运行状态下，若还未编组成功或处于独立运行状态，通信正常，前方一段距离内无道岔则后车向前车发送编队运行申请；前车接收信号后确定是否要跟后车编组；若是则后车调整速度和与前车耦合距离进入编队运行状态，否则分别进入独立运行状态；
若列车在编队运行状态下，若前方一段距离内有道岔且两车运行方向不同、通信异常、列车在极端天气下运行，则控制后车速度和与前车耦合距离进入完全解编状态；若前车和后车之间的耦合距离及速度不满足设定要求，则切换至意外解编状态；
意外解编状态下的列车，若满足编队运行条件，则后车调整速度和与前车耦合距离重新恢复编队运行状态；若不满足编队运行条件则切换至完全解编状态或独立运行状态；
完全解编状态下的列车，若满足编队运行条件，则后车调整速度和与前车距离重新恢复编队运行状态；若不满足编队运行条件则切换至独立运行状态；
若两列车到站停车或直接制动，若编队运行列车到站停车，后车调整速度，前后车依次到达停车点停车；若编队运行状态列车在运行区段内停车，则通过车车通信，后车保持与前车相同的运行状态；若编队运行状态时，前车出现意外，则向后车发送信号同时紧急制动。
2.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制方法，其特征在于，所述编队运行状态满足以下条件：
|pA-pB-Sm|≤thS
|vA-vB|≤thv
式中：pA、pB分别为前车和后车的位置，Sm为安全裕度，vA和vB分别为前车和后车的速度，thS和thv分别为所允许的位移差的最大余量和所允许的速度差的最大余量；
编队运行条件为两列车运行方向相同、通信正常，前后车同意编组且前方路线在一段距离内无道岔，两车速度和耦合距离满足编队运行状态条件；耦合距离如下：
Cd＝pA-pB-Sm
式中：Cd为耦合距离，pA、pB分别为前车和后车的位置，Sm为安全裕度。
3.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制方法，其特征在于，所述编队运行状态下，t＝tv跟踪距离I(tv)计算方法如下：
式中：mB为后车质量，FB为后车在该时刻所受到的牵引力，fB为后车所受到的阻力，βB为后车的制动率，Cd(tv)为t＝tv时两车的耦合距离，Sm为安全裕度，v′B为后车加速后速度。
4.根据权利要求2所述的一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制方法，其特征在于，所述后车调整速度和与前车耦合距离进入编队运行状态过程如下：
若前车速度大于后车速度，即vA>vB且Cd>0；则后车接收到编队指令，通过车车通信获取前车的速度及位置信息；控制后车加速至vB′>vA的速度，缩小与前车的距离至预设值；然后减速至满足编队运行状态的条件，切换至编队运行状态；
若前车速度等于后车速度但两车间距过大，即vA＝vB，Cd>0；后车接收到编队指令，通过车车通信获取前车的速度及位置信息；控制后车加速至vB′>vA的速度，缩小与前车的距离至预设值；然后减速至满足编队运行状态的条件，切换至编队运行状态；
若前车速度小于后车速度，即vA<vB且Cd>0；则若两车间距大于预设值，则后车加速缩短与前车间距至预设值，然后减速直至满足编队运行状态的条件；若后车车速大于预设值，则直接减速至满足编队运行状态的条件；满足编队运行状态的条件后，切换至编队运行状态。
5.根据权利要求1所述的一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制方法，其特征在于，所述不满足编队运行条件包括以下情况：
列车前方无需要编组的列车、与前方列车运行方向不一致、前方列车处于通信中断状态。
6.根据权利要求2所述的一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制方法，其特征在于，控制过程中，保持耦合距离Cd＞0，若Cd＜0，则前车与后车接收安全警报，控制前车加速或后车减速，拉大两列车之间的距离。
7.如权利要求1～7所述任一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制方法的控制系统，其特征在于，包括状态控制单元、地面设备、列车运行控制单元、通信系统、调度中心；
状态控制单元，用于确定列车与前车之间的状态情况；
列车运行控制单元，用于确定后车与前车之间的耦合距离，后车与前车的速度；根据控制策略对列车的运行进行控制；
通信系统，用于控制车车通信和车地之间的通信；
调度中心，用于进行计划制定、命令下达和监控；
地面设备，用于与调度中心连接，将命令下发至列车。
CN202310399822.0A 2023-04-14 2023-04-14 一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制系统及方法 Pending CN116654054A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310399822.0A CN116654054A (zh) 2023-04-14 2023-04-14 一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310399822.0A CN116654054A (zh) 2023-04-14 2023-04-14 一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116654054A true CN116654054A (zh) 2023-08-29

Family

ID=87714258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310399822.0A Pending CN116654054A (zh) 2023-04-14 2023-04-14 一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116654054A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117002572A (zh) * 2023-08-14 2023-11-07 无锡时代智能交通研究院有限公司 一种采用队间方式实现动态虚拟联挂的方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117002572A (zh) * 2023-08-14 2023-11-07 无锡时代智能交通研究院有限公司 一种采用队间方式实现动态虚拟联挂的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110239596B (zh) 一种基于ctcs-3的移动闭塞列车控制方法及系统
WO2020248402A1 (zh) 一种基于电子标签定位的轻量级列控系统
JP3065036B2 (ja) 車両交通制御装置
CN114475714B (zh) 山地轨道交通列车的运行控制系统、控制方法和装备
CN109649435A (zh) 一种基于车车通信的新型列车运行控制系统
JP3305187B2 (ja) 高密度列車運転システム装置
CN112406959A (zh) 一种适用于灵活编组的列车运行控制模式切换方法
CN111874036B (zh) 一种基于车车通信的有轨电车自主运行控制系统
CN114407985B (zh) 一种基于虚拟编组的列车追踪方法和控制系统
CN109278809B (zh) 基于ats时刻表运营管理的多保护区段自动选择方法
CN113650657A (zh) 一种全自动列车反向运行防护控制方法
CN112644561A (zh) 一种基于相对速度追踪模型的列车追踪能力确定方法
CN115285184A (zh) 车站进路内行车许可方法和系统
CN116654054A (zh) 一种基于车车通信的虚拟编组全状态切换控制系统及方法
CN113650658B (zh) 一种有轨电车在平面交叉口控制系统
Takashige Signalling systems for safe railway transport
US5366183A (en) Railway signalling system
CN110667648B (zh) 基于rfid技术的单轨系统用手动驾驶辅助系统及其方法
CN114394128B (zh) 列车控制方法及系统、车载子系统和轨旁资源管理子系统
Quaglietta et al. Exploring virtual coupling: operational principles and analysis
US20190106136A1 (en) Method of Maintaining Separation Between Vehicles in a Fixed Guideway Transportation System Using Dynamic Block Control
Zhang et al. Research on length design and dynamic usage strategy of railway successive routes
CN109367583B (zh) 一种有轨电车进路防错办系统及方法
Brenna et al. Increasing of subway lines capability through moving block signaling systems: Modeling and simulation
JP2001283372A (ja) 車両交通システム及び車両の走行制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination